Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie und der Louisiana State University fand nun heraus, dass die hohen Stickstoffeinträge im nördlichen Golf aus dem Mississippi stammen und auf den Einsatz von Düngemitteln zurückzuführen sind. Das Team untersuchte Stickstoffisotope im Kalkskelett von Korallen und nutzte die Daten, um rückwirkend daraus für die letzten 270 Jahre die Quelle des Stickstoffs im Meerwasser zu rekonstruierten. Die Ergebnisse zeigen, dass in den vergangenen Jahrzehnten mehr als 60 Prozent, in bestimmten Zeiten sogar bis zu 80 Prozent, des Stickstoffgehalts der Flower Garden Banks aus dem Einzugsgebiet des Mississippi stammten.
Korallenbleiche und Krankheitsausbrüche stimmen mit hohen Stickstoffzuflüssen überein
Die höchsten Stickstoffeinträge fanden laut der nun in der Fachzeitschrift Science Advances erscheinenden Studie im Jahr 2016 sowie zwischen 2022 und 2023 statt. Genau in diesen Jahren litten die Riffe unter außergewöhnlichen Hitzephasen, massiven Korallenbleichen und verstärkten Krankheitsausbrüchen.
Die Mainzer Forschenden untersuchten Bohrkerne von sogenannten Sternchenkorallen aus dem nördlichen Golf von Mexiko. Diese Steinkorallen wachsen zwar langsam, aber kontinuierlich und werden sehr alt. Ähnlich den Jahresringen von Bäumen bilden sie ihr Kalkskelett in Schichten und sind so ein hervorragendes Archiv ihrer Umweltbedingungen. Daher konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen die in den Korallen gebundenen Stickstoffisotope über den Zeitraum von 1753 bis 2023 ermitteln. Der isotopische Fingerabdruck von Stickstoff (N) – genauer gesagt das Verhältnis von schwerem 15N zu leichtem 14N – liefert Informationen über die Herkunft der von der Koralle aufgenommenen Nährstoffe. So konnte das Team den Ursprung des Wassers bestimmen, in dem die Korallen wuchsen. Die Korallenbohrkerne stammten von einer Expedition der US-amerikanischen Ozean- und Atmosphärenbehörde „National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)“.
Korallen offenbaren die jüngere Siedlungsgeschichte des Mississippi
Von 1753 bis etwa 1850 zeigen die Korallenbohrkerne keine Veränderung zu natürlichen Stickstoffisotopenverhältnissen, was darauf hindeutet, dass es in dieser Zeit kaum bis gar keine direkten Stickstoffeinträge aus Flüssen gab. Ab 1850 nimmt der Anteil von Stickstoff aus anthropogenen Quellen zu, was zeitlich mit der Einwanderung europäischer Siedler in die Mississippi-Region und dem beginnenden Einsatz von organischem Dünger übereinstimmt. Präzise lässt sich an den Korallen der vermehrte Einsatz von Guano ab 1856 ablesen, dem Jahr, in dem der US-Kongress den Abbau von Guano auf pazifischen und karibischen Inseln erlaubte.
„An den Stellen, an denen wir deutliche Änderungen im Stickstoffsignal der Korallen entdeckt haben, haben wir nachgeforscht, was in diesen Zeiten rund um den Mississippi passiert ist,“ berichtet Jonathan Jung, Erstautor der Studie und Postdoktorand am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie. „Wir waren erstaunt, wie präzise die historischen Ereignisse in den Bohrkernen dokumentiert sind.“
Das Stickstoff-Signal verstärkt sich nochmals nach der Beseitigung des „Second Great Raft“, eines riesigen natürlich entstandenen Holzstaudamms im Red River, einem Mississippi-Zufluss, Mitte der 1870er Jahre. Die Entfernung führte zwar zu weniger Überschwemmungen im Landesinneren, aber auch zu einer höheren Fließgeschwindigkeit im Mississippi und in seinem Mündungsarm Atchafalaya und damit zu einer schnelleren Nährstoffzufuhr in die Küstengewässer. Zudem begann man 1882 mit dem Ausbau von Deichen entlang des Mississippi, um Hochwasser einzudämmen, wodurch das Flusswasser zusammen mit Sedimenten und Nährstoffen direkt in den Golf floss.
Mississippi ist der Hauptnährstofflieferant im nördlichen Golf von Mexiko
Mit der Grünen Revolution und der Verfügbarkeit von synthetischem Dünger ab den 1960er Jahren steigt der Gehalt an anthropogenem Stickstoff in den untersuchten Korallen stark und rasch an. Dieser Trend hält weiter an, so dass der Anteil des aus dem Mississippi eingeschwemmten Stickstoffs Ende des 20. Jahrhunderts bei 30 bis 50 Prozent lag und im letzten Jahrzehnt 60 Prozent überstieg. Im Jahr 2023 erreichte der Wert sogar 80 Prozent. Die Forschenden schließen daraus, dass der Mississippi heutzutage die Hauptquelle für Nährstoffe im Golf von Mexiko ist.
Mehr Krankheitsausbrüche und Korallenbleichen erwartet
„Unsere Studie zeigt, dass die Kombination aus einer beispiellos hohen Nährstoffbelastung und extremer Hitze die entscheidenden Faktoren für die jüngste deutliche Verschlechterung des Zustands der Korallenriffe im Flower Garden Banks National Marine Sanctuary sind,“ schlussfolgert Alfredo Martínez-García, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie und leitender Autor der Studie. Die Forscher gehen davon aus, dass Krankheitsausbrüche und Korallenbleiche zunehmen werden, solange die Stickstoffbelastung aus dem Einzugsgebiet des Mississippi auf dem derzeit hohen Niveau bleibt und die Temperaturen weiter steigen.
„Die Korallen der Flower Garden Banks sind wertvolle Archive vergangener Meeres- und Umweltbedingungen,“ erklärt Zweitautorin Kristine DeLong. „Wir können viel daraus lernen, wenn wir die in den Korallenskeletten erhaltenen chemischen Aufzeichnungen „lesen“ und so Erkenntnisse über die Zustände der Ozeane vor der Industrialisierung gewinnen. Diese Korallenaufzeichnungen liefern natürliche Referenzwerte darüber, wie der Golf vor der Industrialisierung aussah, und helfen dabei die Riffe und den Golf zu schützen.“ Kristine DeLong ist Professorin an der Louisiana State University und Leiterin des Korallenprojekts. Das Einzugsgebiet des Mississippi umfasst heute etwa 41 Prozent der Landfläche der kontinentalen USA und reicht von Idaho im Westen über Kanada im Norden bis nach New York im Osten. Durch Vermischung gelangt stickstoffreiches Wasser bis zu 448 Kilometer von der Flussmündung entfernt in die Korallenriff-Ökosysteme der Flower Garden Banks.
Max-Planck-Insitut für Chemie
Originalpublikation:
Jonathan Jung et al.: Increasing nitrogen loading in the Gulf of Mexico undermines coral reef resilience.Sci. Adv.12,eaef2841(2026).DOI:10.1126/sciadv.aef2841
